宽带微功率中同时进行多个物理信道监视的系统及方法技术方案

本发明专利技术请求保护一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统及方法，属于物联网领域。包括：模拟射频模块、A/D采样器模块和数字基带处理模块，其中模拟射频模块用于完成对多条物理信道整个带宽的接收，确定射频中心频点以及射频带宽，并且对接收射频信号进行下变频处理成模拟基带信号；A/D采样器模块用于完成模拟基带信号到数字基带信号的变换，A/D采样器的采样时钟满足采样定理要求；数字基带处理模块，用于首先对数字基带信号进行快速傅里叶变换，获得接收信道整个带宽的频域信息，然后根据物理信道带宽定义，将整个信道带宽分成对应的每条物理信道带宽，最后在有信号的物理信道上进行帧头检测，并且解读帧数据体内容。

System and method of simultaneous monitoring of multiple physical channels in broadband micro power

【技术实现步骤摘要】
宽带微功率中同时进行多个物理信道监视的系统及方法
本专利技术属于物联网通信领域，尤其涉及物联网终端对多个物理信道进行扫描监视的方法。
技术介绍
在物联网通信领域中，由于应用范围广，通信业务数据量比较少，加之目前频谱资源紧张，在物联网系统中很难分配一个固定并且可以长期占用的频段进行组网，因此在物联网通信中，一般只能使用共享频段，就是多个系统共用一个公共频段，也称为ISM频段。PLC宽带微功率无线通信系统就是使用ISM频段的一个典型系统，占用了470MHz到510MHz频段，在该频段上有LoRa系统、短波调频以及业余无线爱好者电台等等。另外，在物联网系统中，非同公网系统不仅有固定的频谱资源和同步系统，同时支持大数据量传输，并且物联网业务数据传输数据量小，数据发送具有突发性，因此在物联网系统设计时，一般没有固定实时发送的同步信号，通常采用载波侦听多址访问(简称：CSMA)方式。由于物联网系统之间采用无线资源共享且没有统一协调机制，因此在系统设计时都需要支持多条物理信道，发送端根据实际场景的干扰情况选择通信质量较好的信道进行数据发送。此时存在一个问题，物联网终端首先要搜索物理信道，然后在信道的频点上搜索数据帧的开始位置，因此在物联网帧结构上就需要存在一种机制，提供接收端扫频所有信道的功能。例如在PLC窄带微功率无线通信系统中，如图1为一种典型的支持多条物理信道选择的帧结构图。由于终端射频结构的限制，每次只能接收一条物理信道，因此在一个完整的帧结构中，需要提供支持多个物理信道搜索的子帧头。此时只要发送一块帧数据，那么接收端即使在不知道频点以及定时时间情况下也能搜索到数据帧的帧头。该帧结构包括帧头和帧数据体，其中帧头包括多个子帧头，在物联网系统设计时，支持多少个物理信道搜索就需要多少个子帧头，假设每个子帧头占用的时间是TFrameHead。假设有N条物理信道可供选择，那么所需的帧头时间为NxTFrameHead。这降低物联网的无线资源利用率，并且不利于提高物联网系统传输速率和吞吐量，限制了无线物联网系统的推广应用。该方法具体操作原理如下，由于发送端具体选择使用的物理信道在接收端是未知的，因此在进行搜索时，在每个子帧头占据时间内搜索对应的物理信道，当搜索到有效的子帧头后，就在该频点上解读对应的帧数据体内容。假设帧数据体的时间长度为TFrameBody，那么从时间角度无线资源利用率最大只能是TFrameBody/(NxTFrameHead+TFrameBody)。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统及方法。本专利技术的技术方案如下：一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统，其包括：模拟射频模块、A/D采样器模块和数字基带处理模块，其中模拟射频模块用于完成对多条物理信道整个带宽的接收，确定射频中心频点以及射频带宽，并且对接收射频信号进行下变频处理成模拟基带信号；A/D采样器模块用于完成模拟基带信号到数字基带信号的变换，A/D采样器的采样时钟满足采样定理要求；数字基带处理模块，用于首先对数字基带信号进行快速傅里叶变换，获得接收信道整个带宽的频域信息，然后根据物理信道带宽定义，将整个信道带宽分成对应的每条物理信道带宽，最后在有信号的信道上进行帧头检测，并且解读帧数据体内容。进一步的，所述模拟射频模块确定模拟射频的中心频点和接收带宽，具体包括：假设系统存在N条物理信道，N≥1且为整数，每条物理信道的中心频率分别为f0<f1<…<fN，带宽均为B，则设定模拟射频的中心频率为fc＝(f1+fN)/2，f1和fN分别表示表示第一条和第N条物理信道的中心频率，模拟射频模块的带宽为NxB，射频信号经过下变频之后得到带宽为NxB的模拟基带信号。进一步的，所述A/D采样器模块确定采样频率fs，根据模拟射频模块的带宽以及采样定理的要求，采样频率至少是带宽的2倍，为了方便进行FFT快速变换，最终将一个通信符号采样周期内的点数设置为2的整数次幂，模拟射频信号经过A/D采样器模块，获得基带IQ数字信号，进一步的，所述数字基带处理模块对基带IQ数字信号进行FFT处理，获得带宽为NxB的物理信道频域数据，具体包括：假设A/D采样器选择的采样频率为fs，假设一个完整通信符号周期内采样点数为M，那么模拟射频信道带宽为NxB，在数字基带信号中表示为M点的数据，记为x(n),n∈(1,2,...,M)，然后对M点数据进行FFT变换，得到频域的M点数据,记为f(k),k∈(1,2,...,M)。进一步的，所述数字基带处理模块获得接收信道整个带宽的频域信息，然后根据物理信道带宽定义，将整个信道带宽分成对应的每条物理信道带宽，具体包括：频域数据f(k)对应频率信息为其中fk表示频域上第k个点的具体频率值，f(k)是该频率点的幅度大小，根据频域M点数据f(k)得到每条物理信道对应的频域信号，记为其中ch∈(0,1,...,N-1)表示物理信道编号，然后依次判定在哪些物理信道上存在有效的数据。根据所述系统的多条物理信道监视的方法，其包括以下步骤：步骤1：确定模拟射频的中心频点和接收带宽，假设系统存在N条物理信道N≥1且为整数，每条物理信道的中心频率分别为f0＜f1＜…＜fN，带宽均为B，则设定模拟射频的中心频率为fc＝(f1+fN)/2，模拟射频模块的带宽为NxB，在该步骤中，射频信号经过下变频之后得到带宽为NxB的模拟基带信号；步骤2：确定A/D采样器模块的采样频率fs，根据模拟射频模块的带宽以及采样定理的要求，采样频率至少是带宽的2倍；模拟射频信号经过A/D采样器模块，获得基带IQ数字信号；步骤3：对基带IQ数字信号进行FFT处理，获得带宽为NxB的物理信道频域数据，具体为：假设A/D采样器选择的采样频率为fs，假设一个完整通信符号周期内采样点数为M，那么模拟射频信道带宽为NxB，在数字基带信号中表示为M点的数据，记为x(n),n∈(1,2,...,M)，然后对M点数据进行FFT变换，得到频域的M点数据,记为f(k),k∈(1,2,...,M)；步骤4：频域数据f(k)对应频率信息为其中fk表示频域上第k个点的具体频率值，f(k)是该频率点的幅度大小。根据频域M点数据f(k)得到每条物理信道对应的频域信号，记为其中ch∈(0,1,...,N-1)表示物理信道编号，然后依次判定在哪些物理信道上存在有效的数据。步骤5：收集有效物理信道数据进行帧头解析，在帧头解析完成之后再解析对应的帧数据体。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术主要解决无线物联网系统中，为了避免干扰存在，发送端可以从多个候物理信道中选择一个合适的物理信道作为当前通信信道使用，但是由于物联网通信系统不同于公网系统，有固定的信令信道和业务信道，造成接收端不知道发送端具体选择的物理信道以及发送的时机。针对上述存在问题，目前物联网中采用的方法如下：接收端不知道发送端具体选择的物理信道，所以接收端需要在所有的备选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统，其特征在于，包括：模拟射频模块、A/D采样器模块和数字基带处理模块，其中模拟射频模块用于完成对多条物理信道整个带宽的接收，确定射频中心频点以及射频带宽，并且对接收射频信号进行下变频处理成模拟基带信号；A/D采样器模块用于完成模拟基带信号到数字基带信号的变换，A/D采样器的采样时钟满足采样定理要求；数字基带处理模块，用于首先对数字基带信号进行快速傅里叶变换，获得接收信道整个带宽的频域信息，然后根据物理信道带宽定义，将整个信道带宽分成对应的每条物理信道带宽，最后在有信号的物理信道上进行帧头检测，并且解读帧数据体内容。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统，其特征在于，包括：模拟射频模块、A/D采样器模块和数字基带处理模块，其中模拟射频模块用于完成对多条物理信道整个带宽的接收，确定射频中心频点以及射频带宽，并且对接收射频信号进行下变频处理成模拟基带信号；A/D采样器模块用于完成模拟基带信号到数字基带信号的变换，A/D采样器的采样时钟满足采样定理要求；数字基带处理模块，用于首先对数字基带信号进行快速傅里叶变换，获得接收信道整个带宽的频域信息，然后根据物理信道带宽定义，将整个信道带宽分成对应的每条物理信道带宽，最后在有信号的物理信道上进行帧头检测，并且解读帧数据体内容。


2.根据权利要求1所述的一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统，其特征在于，所述模拟射频模块确定模拟射频的中心频点和接收带宽，具体包括：假设系统存在N条物理信道，N≥1且为整数，每条物理信道的中心频率分别为f0＜f1＜…＜fN，带宽均为B，则设定模拟射频的中心频率为fc＝(f1+fN)/2，f1和fN分别表示表示第一条和第N条物理信道的中心频率，模拟射频模块的带宽为NxB，射频信号经过下变频之后得到带宽为NxB的模拟基带信号。


3.根据权利要求1所述的一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统，其特征在于，所述A/D采样器模块确定采样频率fs，根据模拟射频模块的带宽以及采样定理的要求，采样频率至少是带宽的2倍，为了方便进行FFT快速变换，最终将一个通信符号采样周期内的点数设置为2的整数次幂，模拟射频信号经过A/D采样器模块，获得基带IQ数字信号。


4.根据权利要求3所述的一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统，其特征在于，所述数字基带处理模块对基带IQ数字信号进行FFT处理，获得带宽为NxB的物理信道频域数据，具体包括：假设A/D采样器选择的采样频率为fs，假设一个完整通信符号周期内采样点数为M，那么模拟射频信道带宽为NxB，在数字基带信号中表示为M点的数据，记为x(n),n∈(1,2,...,M)，然后对M点数据进行FFT变换，得到频域的M点数据,记为f(k),...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红，
申请(专利权)人：重庆源联信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50